Tài liệu Thuyết minh tính toán kết cấu công trình lideco quảng ninh

THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU I. THUYẾT MINH GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU 1. Tổng quan về công trình 1.1. Giới thiệu chung Công trình LIDECO Quảng Ninh được xây dựng trên khu đất có diện tích hơn 6915 m 2 tại địa chỉ phường Trần Hưng Đạo, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Công trình là một tổ hợp 31 tầng nổi với tổng chiều cao tính từ cao độ ±0.000 là 106.8m và 02 tầng hầm với cốt sàn tầng hầm 2 là -6.950. Diện tích của mỗi sàn tầng hầm là 4474 m2, trong khi diện tích một mặt sàn tầng điển hình là khoảng 2552 m2. Cơ cấu công năng của công trình bao gồm 02 tầng hầm phục vụ để xe, khối đế gồm tầng 1, tầng 2 dành cho khu dịch vụ, thương mại và bán lẻ, tầng 3 đến tầng 30 tầng được tách thành 2 tháp dành cho căn hộ chung cư. Chiều cao của các tầng điển hình là 3.3m, trong khi chiều cao của tầng 1 là 4.2m, tầng 2 là 5.2m. Mặt bằng tổng thể và phối cảnh của công trình được thể hiện trong Hình 1, mặt bằng kiến trúc tầng điển hình được thể hiện trong Hình 2 dưới đây. a) Mặt bằng tổng thể công trình Hình 1: Mặt bằng tổng thể của công trình Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC b) Phối cảnh công trình THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU a) Mặt bằng kiến trúc tầng 2,3 (Thương mại) b) Mặt bằng kiến trúc tầng 3-30 (Căn hộ) Hình 2: Mặt bằng một số tầng điển hình Một số thông số kỹ thuật chính của công trình được tổng hợp trong Bảng 1. Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Bảng 1: Các thông số kỹ thuật chính của công trình 1.2. Tầng Chiều cao tầng (m) Cốt cao độ (m) Công năng sử dụng Tầng hầm 2 3.0 -6.95 ~ -3.95 Bãi đỗ xe Tầng hầm 1 3.95 -3.95 ~ ±0.00 Bãi đỗ xe Tầng 1 4.2 ±0.00 ~ +4.20 Dịch vụ, thương mại Tầng 2 5.2 +4.20 ~ +9.40 Dịch vụ, thương mại Tầng 3-30 3.3 +9.40 ~ +101.80 Căn hộ Tầng KTmái 3.75-5.0 +101.80 ~ +106.80 Phục vụ kỹ thuật Một số đặc điểm chính Với công trình LIDECO Quảng Ninh là một tổ hợp gồm tầng để xe, tầng dịch vụ, thương mại, chung cư do đó yêu cầu thiết kế kết cấu phải có kỹ thuật cao, đảm bảo an toàn nhưng phải tiết kiệm về chi phí. Tải trọng gió với tần suất lặp 100 năm (thay vì 50 năm), hệ số tầm quan trọng trong thiết kế kháng chấn là 1.25 Để đáp ứng yêu cầu về kiến trúc, dãy cột trục A từ tầng hầm 2 và tầng hầm 1 (-6.95 ~ ±0.00) không được thiết kế (trốn cột) từ tầng 1 đến hết tầng 2 (±0.00 ~ +9.40) cột bxh = 400x400 được thiết kế cấy lên dầm có bxh = 400x750. Để phòng chống sụt lở từ đồi núi phía sau nhà ở trục E1 được thiết kế 1 vách dày 700 từ cao độ -6.95 đến cao độ +4.20 Các đặc điểm về tải trọng cũng như tính chất kết cấu của công trình được liệt kê trong Bảng 2 dưới đây. Bảng 2: Một số yêu cầu đối với thiết kế kết cấu của công trình Các thông số LIDECO Quảng Ninh Các công trình thông thường Tải trọng gió Tần suất lặp 100 năm Tần suất lặp 50 năm Hệ số tầm quan trọng trong thiết kế kháng chấn 1.25 1.00 Dựa trên qui mô, yêu cầu kỹ thuật kết cấu của công trình và điều kiện thực tế thi công nhà cao tầng tại Việt Nam, Tư vấn thiết kế quyết định chọn hệ kết cấu cột-vách-dầm-sàn bằng vật liệu bê tông cốt thép đổ toàn khối cho toàn bộ công trình. Hệ lõi vách bê tông cốt thép ở trung tâm của khối Tháp được thiết kế để chịu phần lớn tải trọng ngang (gió bão và động đất) và một phần đáng kể tải trọng thẳng đứng (tĩnh tải và hoạt tải). Phần tải trọng còn lại được chịu bởi các cột. Hệ kết cấu ngang dầm-sàn bê tông cốt thép đóng vai trò liên kết hệ giữa hai hệ kết cấu đứng (cột và vách lõi trung tâm) và phân phối tải trọng về các hệ kết cấu này. Đối với giải pháp thiết kế kỹ thuật phần móng, cọc khoan nhồi được áp dụng cho công trình trong đó cọc đường kính lớn D1200, D1500 được lựa chọn cho khối Tháp cao 31 tầng và Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU cọc khoan nhồi đường kính D800 sẽ được sử dụng cho phần đế móng 2 tầng hầm và 2 tầng nổi xung quanh phạm vi của Tháp. Việc sử dụng kết hợp 3 loại cọc nhồi đường kính khác nhau (D800, D1200, D1500) nhằm tối ưu hóa chi phí xây dựng cho công trình. Toàn bộ hệ cọc được liên kết với nhau bằng hệ thống đài cọc và sàn móng dày 600 không có dầm móng tạo thành một hệ kết cấu móng hoàn chỉnh và bền vững. Với quy mô công trình và cấu tạo địa chất tại khu vực xây dựng, đây là một giải pháp móng hoàn toàn phù hợp, kinh tế, đảm bảo sự ổn định lâu dài và an toàn cho công trình. 1.3. Các yêu cầu chung về thiết kế kết cấu công trình: Thiết kế kết cấu công trình phải đảm bảo thỏa mãn nhưng không giới hạn các yêu cầu sau: - An toàn và bền vững theo thời gian, đảm bảo khả năng chống cháy theo qui định hiện hành; - Các yêu cầu về công năng, thẩm mỹ của văn phòng cao cấp (hạng A tiêu chuẩn quốc tế); - Vật liệu được sử dụng phải phù hợp với giải pháp kết cấu lựa chọn và có sẵn trên thị trường; - Rút ngắn thời gian thi công công trình. 2. Cơ sở thiết kế: 2.1. Bản vẽ các bộ môn liên quan Bản vẽ thiết kế công trình: LIDECO Quảng Ninh bao gồm: - Bản vẽ kiến trúc giai đoạn BVTC lập tháng 05 năm 2016; - Bản vẽ cơ điện giai đoạn BVTC lập tháng 05 năm 2016; 2.2. Các Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu Các Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu đối với công trình được liệt kê trong Bảng 3 dưới đây. Bảng 3: Tiêu chuẩn và Quy phạm áp dụng trong thiết kế kết cấu TCVN 2737 : 1995 TCXDVN 229 : 1999 TCVN 9386-1 : 2012 TCVN 9386-2 : 2012 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế. Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió – Tiêu chuẩn thiết kế. Thiết kế công trình chịu động đất – Phần 1: Quy định chung, tác động động đất và quy định với kết cấu nhà Thiết kế công trình chịu động đất – Phần 2: Nền móng, tường chắn và các vấn đề địa kỹ thuật TCVN 5573 : 2011 Kết cấu gạch đá và gạch đá cốt thép -Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5574 : 2012 Kết cấu bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 5575 : 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế. TCVN 9362 : 2012 Nền, nhà công trình - Tiêu chuẩn thiết kế. Cọc - Phương pháp thử nghiệm tại hiện trường bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục. Cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu. TCVN 9393 : 2012 TCVN 9395 : 2012 Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU TCVN 10304 : 2014 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế. TCXDVN 195 : 1997 Nhà cao tầng - Thiết kế cọc khoan nhồi - Tiêu chuẩn thiết kế. TCXD 198 : 1997 Nhà cao tầng : Hướng dẫn thiết kế bê tông cốt thép toàn khối. Các giáo trình và hướng dẫn tính toán kết cấu trong và ngoài nước Tài liệu tham khảo 2.3. Báo cáo khảo sát địa chất Dự án: Báo cáo khảo sát địa chất của công trình: Lideco Quảng Ninh do công ty cổ phần Tư vấn đầu tư và Thiết kế xây dựng Việt Nam (CDC) lập tháng 4 năm 2016 2.4. Vật liệu sử dụng. 2.4.1. Vật liệu Bê tông. Vật liệu bê tông được sử dụng cho các cấu kiện kết cấu được tổng hợp trong Bảng 4 dưới đây Bảng 4: Vật liệu bê tông áp dụng cho các cấu kiện 2.4.2. Cốt thép thường trong bê tông Cốt thép sử dụng trong tính toán và thiết kế kết cấu công trình này được tổng hợp trong bảng Bảng 5 dưới đây Bảng 5: Cốt thép thường được sử dụng cho các cấu kiện Bê tông cốt thép Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Loại đường kính áp dụng Mác thép tương ứng (mm) Cường độ giới hạn chảy Cường độ tính toán chịu kéo Cường độ tính toán chịu nén dọc trục Cường độ tính toán chịu cắt fy (Mpa) Rs (Mpa) Rsc (Mpa) Rsw (Mpa)  < 10 CB240-T 240 225 225 175 10   (Cốt thép dọc) CB400-V 400 365 365 290 10   (Cốt thép đai) CB300-V 300 280 280 225 CCT34 220 210 210 120 Thép hình, thép tấm (thk  20mm) Bu lông Sử dụng cấp độ bền 5.6 ngoại trừ có các chỉ định khác 2.4.3. Kết cấu tường xây, khối xây:  Các khối xây đều sử dụng loại gạch không nung mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;  Tường bao che phía ngoài dùng gạch không nung dày 170mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;  Tường xây ngăn giữa các căn hộ hoặc căn hộ với hành lang dùng gạch không nung dày 140mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;  Tường xây ngăn bên trong căn hộ dùng gạch gạch không nung dày 100 (105)mm, mác ≥ M75, xây bằng vữa xi măng cát vàng mác M50;  Trát tường bằng vữa xi măng cát vàng mác M50. 2.5. Phần mềm tính toán kết cấu và mô hình tính toán: Kết cấucông trình được tiến hành phân tích tổng thể (3D) bằng phần mềm phân tích kết cấu ETABS Version 9.7.4. Phần mềm này được lập bởi của hãng Computer and Structure Incorporation (Mỹ) với một số tính năng nổi bật sau: (i) Phân tích ứng xử tổng thể của kết cấu công trình trong giai đoạn đàn hổi theo mô hình không gian ba chiều, (ii) Phân tích các tính chất động học công trình (tần số dao động riêng và mode chuyển vị tương ứng) theo mô hình không gian ba chiều, và (iii) Tính toán và kiểm tra sơ đồ kết cấu có kể đến khử lún đàn hồi trong quá trình thi công (Sequential construction analysis). Kết cấu dạng tấm vật liệu BTCT (sàn, đài cọc) được mô phỏng bằng chương trình SAFE 12.3.2. Kết cấu dự ứng lực được phân tích và mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng (RAM concept, ADAPT). Tải trọng do đất đắp tác động lên công trình trong giai đoạn thi công được phân tích bằng phần mềm GEO5 do hãng FINE (CH Séc) thiết kế. Các phần mềm phân tích kết cấu được liệt kê trên đây đều được đăng ký bản quyền sử dụng. Thiết kế chi tiết đối với các cấu kiện cột, dầm và sàn BTCT được thực hiện bằng các bản tính excel dựa trên nội lực phần tử được xuất ra từ phần mềm tính toán. Các giá trị chuyển vị ngang công trình (chuyển vị tuyệt đối và chuyển vị lệch tầng), độ võng tại cấu kiện dầm và sàn, Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU các điều kiện ổn định tổng thể, ổn định cục bộ của các cấu kiện và công trình được tính toán, kiểm tra theo Tiêu chuẩn & Qui phạm xây dựng hiện hành. 3. Tải trọng thiết kế 3.1. Tĩnh tải Tĩnh tải bao gồm trọng lượng các vật liệu cấu tạo nên công trình được tổng hợp trong Bảng 6 dưới đây. Bảng 6: Tải trọng và hệ số vượt tải các loại vật liệu STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tải trọng tiêu chuẩn (kN/m3) Bê tông cốt thép 25.0 Thép 78.5 Khối xây gạch nung đặc 18 Khối xây gạch nung rỗng 13 ÷16 Khối xây gạch không nung 13 ÷20.5 Vữa xi măng 18.0 Trần treo (kN/m2) 0.30 Nước 10.0 Đất đắp (Cát) 20.0 (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) Vật liệu Hệ số vượt tải 1.10 1.05 1.10 1.10 1.10 1.30 1.10 1.00 1.2 3.2. Hoạt tải Hoạt tải bao gồm trọng lượng của con người, các đồ vật, vật liệu, thiết bị ...đặt tạm thời hoặc dài hạn lên các cấu kiện công trình được tổng hợp trong Bảng 7 dưới đây Bảng 7: Hoạt tải tiêu chuẩn và hệ số vượt tải các khu vực STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Hoạt tải tiêu chuẩn (kN/m2) Toàn phần Phần dài hạn Khu vực sảnh, hành lang 3.00 1.00 Khu vực vệ sinh công cộng 2.00 0.70 Khu vực dịch vụ, thương mại 4.00 1.40 Khu vực phòng ở, sinh họat 1.50 0.30 Khu vực mái bằng có sử dụng 1.50 0.50 Khu vực mái không sử dụng 0.75 0.75 Khu vực gara xe ôtô, xe máy 5.00 1.80 Tải thiết bị Theo Catalogue . (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) Khu vực Hệ số vượt tải 1.2 1.2 1.2 1.3 1.3 1.3 1.2 3.3. Tải trọng gió Theo TCVN 2737:1995, tải trọng gió tĩnh tại cao độ z trên mặt đất được tính toán bởi công thức sau: ( 0) Trong đó Wz là áp lực gió tĩnh tại cao độ z; n là hệ số độ tin cậy của tải trọng gió được xác định theo tần suất lặp của gió bão; k hệ số tăng tải trọng gió theo chiều cao; và c là hệ số khí Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU động được xác định theo hình dáng và kích thước mặt bằng công trình. Các thông số phục vụ tính toán tải trọng gió được cho trong Bảng 8 dưới đây Bảng 8: Các thông số tính toán tải trọng gió lên công trình Vị trí xây dựng Quảng Ninh Phân vùng áp lực gió III-B Dạng địa hình B Áp lực gió tiêu chuẩn W0 (daN/m2) 125 Kích thước mặt bằng công trình BxL (mxm) 129.82x 29.0 Tổng chiều cao công trình tính từ mặt đất H (m) 107.35 Hệ số độ tin cậy (với tần suất lặp của gió bão là 100 năm)  n = 1.37 Đối với công trình Lideco Quảng Ninh, hệ số khí động c được xác định dựa trên mặt bằng công trình theo phương ngang có kích thước hình chữ nhật, như trong Hình 3 dưới đây. Theo đó, hệ số khí động bề mặt đón gió là 0.8 và đối với bề mặt hút gió là 0.6 -0.6 0.8 -0.6 0.8 Hình 3: Xác định hệ số khí động học c Do chiều cao của công trình lớn hơn 40 (m), hiệu ứng động của tải trọng gió được kể đến trong tính toán tải trọng gió theo chỉ dẫn của Tiêu chuẩn TCXD 229:1999. (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) 3.4. Tải trọng động đất Tải trọng động đất được tính toán theo Tiêu chuẩn TCVN 9386: 2012 (Thiết kế công tŕnh chịu tải trọng động đất) và Bản đồ phân vùng động đất Việt nam (Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1991). Căn cứ trên Báo cáo khảo sát địa chất, nền đất khu vực xây dựng công trình được phân loại C. Công trình được thiết kế với cấp độ dẻo trung bình nhằm tiết kiệm chi phí xây dựng. Các thông số phục vụ tính toán và phổ gia tốc nền cho trong Bảng 9 và Hình 4 dưới đây. Bảng 9: Các thông số tính toán tải trọng động đất lên công trình Địa danh hành chính Quảng Ninh Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR (m/s2) 0.882 Phân loại địa chất trong phạm vi 30m dưới mặt nền C Hệ số tầm quan trọng 1 1.25 Đỉnh gia tốc nền tính toán ag (m/s2) 1.1025 Cấp độ dẻo công trình Trung bình (DCM) Hệ số ứng xử kết cấu q 3.0 Hình 4: Phổ gia tốc nền thiết kế (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) 3.5. Tải trọng khác Công trình không được thiết kế cho các dạng tải trọng đặc biệt, bao gồm: (i) Tải trọng do cháy nổ, (ii) Tải trọng do va chạm xe tải, máy bay 3.6. Tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng tính toán và kiểm tra bền cấu kiện chịu lực được cho trong Bảng 10 dưới đây (TTGH 1). Bảng 10: Tổ hợp tải trọng tính toán theo (TTGH 1) Tổ hợp tải trọng TTHT TTHTGXT TTHTGXP TTHTGYT TTHTGYS TTHTDDX TTHTDDY Tĩnh tải Hoạt tải 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.3 0.3 Gió phương X Gió phương Y Động đất phương X Động đất phương Y +1.0 + 0.3 + 0.3 +1.0 +0.9 - 0.9 +0.9 - 0.9 (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) Tổ hợp tải trọng tính toán và kiểm tra biến dạng đối với cấu kiện chịu lực được cho trong Bảng 11 dưới đây (TTGH 2). Bảng 11: Tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn theo (TTGH 2) Tổ hợp tải Tĩnh tải Hoạt tải Gió Gió phương Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC Động đất Động đất THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU trọng TTHT TTHTGXT TTHTGXP TTHTGYT TTHTGYS TTHTDDX TTHTDDY phương X 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 0.3 0.3 Y phương X phương Y +1.0 + 0.3 + 0.3 +1.0 +0.9 - 0.9 +0.9 - 0.9 (Chi tiết xem thêm Phụ lục 1: Bản tính tải trọng) 4. Giải pháp kết cấu phần thân 4.1. Giải pháp kết cấu Công trình: Lideco Quảng Ninh bao gồm 2 khối tháp cao 28 tầng trên khối đế chung 2 tầng. Tổng số tầng phía trên mặt đất của các khối là 30 tầng (và 01 tầng tum), chiều cao tổng cộng là 106.8m. Tầng 1 cao 4.2m, tầng 2 cao 5.2m, các tầng điển hình (3-30) cao 3.3m, tầng tum cao 5.0m. Căn cứ vào tính chất sử dụng, qui mô và tải trọng công trình, Tư vấn thiết kế đề xuất lựa chọn giải pháp kết cấu phần thân cho công trình là: hệ hỗn hợp khung vách - lõi kết hợp sàn dầm thông thường đổ tại chỗ. Tiết diện thiết kế của các cấu kiện chính phần thân như sau: - Các kích thước cấu kiện điển hình vách đơn có chiều dày 0.5m, 0.45m, 0.40m - Dầm chính kích thước 35x60cm áp dụng cho sàn tầng 2,3 - Dầm chính kích thước 30x60cm áp dụng cho sàn tầng điển hình - Vách lõi có chiều dày 0.40m, 0.30m, 0.20m tuỳ vị trí - Sàn các tầng được thiết kế là sàn 1 phương để tối ưu hoá kết cấu và tiết kiệm chi phí. Chiều dày sàn thiết kế là 130mm đến 400mm phụ thuộc vào từng vị trí sàn cụ thể Đây là dạng kết cấu tổ hợp khá phổ biến hiện nay tương ứng với qui mô từ 30-40 tầng, với ưu điểm là giá thành hợp lý, độ an toàn cao và có thời gian thi công tương đối nhanh. 4.2. Thiết kế các cấu kiện phần thân Dựa trên các yêu cầu cơ bản sau: 4.2.1. Yêu cầu về mặt chịu lực Cấu kiện kết cấu phải đảm bảo khả năng chịu được các tải trọng đứng và tải trọng ngang (gió bão + động đất) truyền lên công trình. Cụ thể như sau: a. Cấu kiện ngang:  Trong sơ đồ tính toán, hệ sàn dầm bê tông cốt thép được giả thiết có độ cứng trong mặt phẳng vô cùng lớn, có khả năng phân phối lực ngang cho các cấu kiện đứng. Để đảm bảo điều kiện này, chiều dày tối thiểu của sàn d sàn>10cm. Đối với công trình này, Tư vấn thiết kế lựa chọn chiều dày sàn từ 1340cm. Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu.  Đối với hệ dầm, ngoài việc chịu tải trọng đứng do sàn truyền sang còn phải chịu thêm phần lực cắt và mô men bổ sung do tải trọng ngang gây ra có giá trị khá lớn so với tổ hợp tải trọng đứng. Do đó, việc lựa chọn tiết diện dầm phải đảm bảo được các tiêu chí kỹ thuật kết cấu và an toàn cho công trình. Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu. b. Cấu kiện đứng: Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU  Vách lõi bê tông cốt thép là cấu kiện đứng tiếp nhận chủ yếu tải trọng ngang trong sơ đồ kết cấu (khoảng 60-70% tổng tải trọng ngang) và có nhiệm vụ truyền một phần tải trọng thẳng đứng (Tĩnh tải+Hoạt tải) của công trình xuống móng. Vì vậy chiều dày và tiết diện của lõi vách cần thiết kế để đảm bảo khả năng chịu lực, độ cứng, độ ổn định theo chiều cao công trình. Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu.  Cấu kiện cột - vách đơn tiếp nhận hầu hết tải trọng đứng (Tĩnh tải + Hoạt tải) của công trình và một phần tải trọng ngang. Vì vậy cần thiết kế tiết diện cột – vách đơn phù hợp để đảm bảo khả năng chịu lực và độ ổn định cho công trình. Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu. 4.2.2. Yêu cầu về mặt sử dụng Khi công trình đưa vào sử dụng, nó phải đảm bảo các yêu cầu tối thiểu của con người sống hoặc hoạt động trong đó. Bao gồm:  Công trình phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của các tải trọng đứng: đảm bảo độ võng, độ nứt nẻ của sàn và dầm trong giới hạn cho phép  Công trình phải đảm bảo ổn định dưới tác dụng của các tải trọng ngang như gió, bão, động đất: đảm bảo khống chế biến dạng phương ngang, độ nứt nẻ của vách, tường, vách kính….trong giới hạn cho phép. Đảm bảo độ rung lắc, chuyển vị ngang của các tầng không vượt quá giới hạn cho phép. 4.2.3.Yêu cầu về mặt thẩm mỹ kiến trúc Cấu kiện kết cấu phải thoả mãn công năng kiến trúc và không ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ của công trình, cụ thể như sau:  Đối với các sàn tầng hầm (để xe): Chiều cao thông thuỷ tính toán là từ 2.50m đến 2.70m đảm bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu chuẩn quy định  Đối với sàn tầng 1,2 (sử dụng làm Trung tâm thương mại): Chiều cao thông thuỷ tính toán là từ 3.0m đến 3.6m đảm bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu chuẩn quy định.  Đối với các sàn điển hình tầng 3-30: Chiều cao thông thuỷ của tầng theo tính toán là 2.6m đảm bảo cho hoạt động của con người không bị hạn chế và tuân thủ Tiêu chuẩn quy định. 4.2.4. Yêu cầu kỹ thuật công nghệ Ngoài các yêu cầu kể trên, các cấu kiện kết cấu còn phải đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật đối với các phần điện, nước, điều hòa, thông gió, thông tin … sao cho không ảnh hưởng đến công năng yêu cầu phải có của chúng và sự có mặt của các hệ thống này không làm ảnh hưởng đến công năng, thẩm mỹ của công trình 5. Giải pháp kết cấu phần móng 5.1. Địa chất công trình Theo tài liệu Báo cáo khảo sát địa chất của công trình: Lideco Quảng Ninh do Công ty cổ phần Tư vấn đầu tư và Thiết kế xây dựng Việt Nam lập tháng 4 năm 2016, các lớp địa chất dưới nền móng công trình có cấu tạo như sau (theo hố khoan HK-1,2,3,4): Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Bảng 12: Số liệu địa chất điển hình STT Mô tả loại đất  (độ) C (kG/cm2) E0 (kG/cm2) Bề dày (m) SPT (N30) Lớp 1 Lớp đất lấp 1.0 ~3.0m Lớp 2 Đất sét pha lẫn dăm sạn, dẻo cứng - cứng - - - Thay đổi tuỳ vị trí 13-50 Lớp 2a Sét pha, màu nâu đỏ loang lổ, trạng thái dẻo cứng - nửa cứng - - - Thay đổi tuỳ vị trí 9 Lớp 3a Bột kết phong hoá mạnh, thành sét pha nâu đỏ cứng - - - Thay đổi tuỳ vị trí 10-50 Lớp 3b Đá Bột kết, sét kết phong hóa rất mạnh - - - Thay đổi tuỳ vị trí > 50 Lớp 4a Đá cuội kết, sạn kết phong hoá nứt nẻ mạnh - - - Thay đổi tuỳ vị trí Khoan lõi Lớp 4 Đá cuội kết, sạn kết phong hoá nứt nẻ trung bình - - - Thay đổi tuỳ vị trí Khoan lõi Lớp 4b Đá cát kết rắn chắc màu xám ghi, phong hóa trung bình - - - Thay đổi tuỳ vị trí Khoan lõi Lớp 5a Đá bột kết, sét kết phong hóa mạnh - - - Thay đổi tuỳ vị trí Khoan lõi (>100) (>100) (>100) (>100) Đá bột kết, sét kết Thay đổi Khoan lõi chứa vật chất than tuỳ vị trí (>100) Qua mặt cắt địa chất điển hình của công trình, có thể thấy rằng các lớp địa chất cùng tên và tính chất đất được sắp xếp xen kẽ nhau, không trên cùng một cao độ ở các vị trí khác nhau và có xu hướng hạ thấp dốc dần về phía đường Trần Hưng Đạo. Do đó việc thiết kế móng sẽ khá phức tạp. Lớp 5 5.2. Phương án kết cấu móng công trình Căn cứ vào quy mô, tính chất, tải trọng và điều kiện địa chất tham khảo, phương án móng sẽ được đưa ra trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật, an toàn đồng thời có cân nhắc đến điều kiện kinh tế và tính khả thi của phương án. Sau đây chúng tôi xin đề xuất phương án móng lựa chọn như sau:  Sử dụng phương án móng đài đơn và đài bè trên hệ cọc khoan nhồi, trong đó các đài cọc được chống đỡ bởi hệ cọc khoan nhồi đường kính 1.5m, 1.2m và 0.8m chiều dài Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU cọc từ 5~20m tuỳ vị trí tính từ đáy đài, mũi cọc được đặt vào lớp đất số 4 là lớp đá cuội kết, sạn kết phong hoá nứt nẻ trung bình một đoạn từ 3m đến 5m phụ thuộc vào từng loại đường kính cọc. Tùy vào tải trọng tính toán xuống các vị trí chân cột, TVTK sẽ tính toán thiết kế loại đài cọc tương ứng để đảm bảo khả năng chịu lực cho công trình. Đối với các đài cọc dưới khu vực lõi thang máy, do tải trọng tập trung về khu vực này rất lớn nên chúng tôi sử dụng giải pháp đài bè trên nền cọc khoan nhồi. Các đài cọc đơn và đài bè sẽ được liên kết với nhau thông qua hệ sàn móng dày 0.6m. Đây là giải pháp móng phổ biến và hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật đối với các công trình cao tầng, đặc biệt là các công trình xây chen trong đô thị. Sử dụng cọc khoan nhồi sẽ làm cho độ lún của móng nhỏ vì mũi cọc được tựa vào lớp số 4 là lớp đất rất cứng, đảm bảo cho công trình bền vững lâu dài. Theo thiết kế, cọc D1500 được cắm vào lớp đất số 4 tối thiểu 5m, chiều dài dự kiến từ 5 ~20m có sức chịu tải dự kiến là 1500 tấn, cọc D1200 được cắm vào lớp số 4 tối thiểu 3m, chiều dài dự kiến 3~18m có sức chịu tải dự kiến là 1000 tấn, cọc D800 được cắm vào lớp số 4 tối thiểu 2m, chiều dài dự kiến 2~17m có sức chịu tải dự kiến là 450 tấn Tính toán tải trọng xuống móng theo các tổ hợp tải trọng của TCVN 2737: 1995 với các giá trị tải trọng tiêu chuẩn có kể đến hệ số giảm tải. Khả năng chịu tải của cọc được kiểm tra tính toán theo 2 phương pháp: - Phân tích phần tử hữu hạn với mô hình tính có hệ số độ cứng k (spring) với giã thiết độ lún dự báo trong tính toán = 20mm. - Tính toán kiểm tra theo các công thức lý thuyết thực hành (TCVN). Tính toán đài cọc theo các tổ hợp tải trọng của TCVN 2737: 1995 với các giá trị tải trọng tính toán có kể đến hệ số giảm tải và theo TCVN 5574: 2012. Ưu điểm của phương án: Độ tin cậy cao nếu được kiểm soát chất lượng chặt chẽ, không làm ảnh hưởng tới các công trình lân cận trong quá trình thi công, thời gian thi công nhanh, giá thành vừa phải. Nhược điểm: Qui trình kiểm soát chất lượng tương đối khó khăn, chi phí khá cao. 5.2.1. Thí nghiệm nén tĩnh Tiến hành thí nghiệm nén tĩnh cho tất cả 03 cọc: 01 cọc đường kính 1.5m, 01 cọc đường kính 1.2m và 01 cọc đường kính 0.8m với tải trọng thí nghiệm tối đa ~ 2.2P tk, trong đó Ptk là sức chịu tải cọc dự kiến. Sau khi có kết quả thí nghiệm nén tĩnh cọc, dựa vào sức chịu tải thực tế của cọc, Tư vấn thiết kế có thể sẽ điều chỉnh chiều dài cọc cho phù hợp. Cọc chỉ được phép thi công đại trà khi có ý kiến chính thức của thiết kế bằng văn bản. Quy trình thí nghiệm cọc tuân theo tiêu chuẩn “TCVN 9393: 2012 Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc trục”. Quy trình này sẽ do đơn vị thí nghiệm được Chủ đầu tư chỉ định cung cấp. Quy trình này là căn cứ cho việc theo dõi giám sát chất lượng thí nghiệm cọc. 5.2.2. Thiết kế các cấu kiện phần móng và phần ngầm Công trình có 02 tầng hầm sâu 6.95m so với mặt đất, các cấu kiện phần ngầm được thiết kế dựa trên các tiêu chí sau: a. Đài cọc: Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Chiều dày đài cọc Hđài cọc được lựa chọn chủ yếu dựa trên khả năng chọc thủng tại vị trí chân cột – vách, đảm bảo khả năng chịu momen uốn tại các vị trí chân cột - vách hoặc đầu cọc, theo yêu cầu cấu tạo thông thường Hđài cọc ~ 2xDcọc. Trên các cơ sở đó, Tư vấn thiết kế đã thiết kế, kiểm tra và lựa chọn như sau: H đài cọc = 2.4m cho các đài cọc có cọc đường kính 1.2m, H đài cọc = 2.8m cho các đài cọc có cọc đường kính 1.5m; Hđài cọc = 1.0m cho các đài cọc đơn có cọc đường kính 0.8m. Việc thiết kế và lựa chọn chiều dày đài cọc đã có tính đến khả năng tăng cường chống chọc thủng do tác động tương hỗ của toàn đài. Đối với đài cọc dưới vách thang máy, do có tải trọng tập trung lớn nên chiều dày đài cọc trên nền cọc đường kính 1.5m sẽ là 4.2m tại các vị trí không có hố PIT và 2.05m tại các vị trí có hố PIT. Chi tiết xem thêm trong Hồ sơ bản vẽ kết cấu. b. Sàn tầng hầm 2 Sàn tầng hầm là cấu kiện nằm ngang của công trình, nằm tương đối sâu dưới mặt đất. Cốt đáy tầng hầm 2 sâu -6.95m so với cốt sàn tầng 1. Chiều dày sàn tầng hầm 2 được thiết kế chủ yếu dựa trên yêu cầu cấu tạo chống thấm, bảo đảm khả năng chịu áp lực đẩy nổi của nước ngầm, khả năng chống chọc thủng và đảm bảo sự liên kết tương hỗ giữa các đài cọc đơn, đài cọc thang máy thành một hệ tổng thể có độ cứng lớn nhằm tạo sự ổn định vững chắc cho hệ kết cấu bên trên, vì vậy Tư vấn thiết kế lựa chọn chiều dày sàn Hs = 0.6m c. Sàn tầng hầm 1, tầng 1 Tầng hầm 1: áp dụng hệ kết cấu sàn dầm thông thường một phương, dầm kích thước 40x50cm, sàn dày 170mm. Tầng 1: áp dụng hệ kết cấu sàn dầm thông thường một phương, dầm kích thước 35x60cm, sàn dày 130mm cho khu vực ngoài nhà, 150mm cho khu vực trong nhà. d. Tường chắn: Tường chắn tầng hầm là cấu kiện đứng, chịu áp lực ngang của đất truyền sang, tải trọng đứng của sàn tầng 1, tầng hầm 1 truyền xuống. Tư vấn thiết kế chọn phương án thi công tường vây là phương án tường vách BTCT để chống đỡ đất. Chiều dày tường vách được thiết kế chủ yếu dựa trên yêu cầu cấu tạo chống thấm, công năng sử dụng và bảo đảm khả năng chịu lực do áp lực đất truyền sang. Đối với các bề mặt tiếp giáp đường giao thông và hai bên hông nhà, Tư vấn thiết kế chọn chiều dày tường vách Htv = 0.4m. Đối với bề mặt tiếp giáp quả đồi phía sau nhà có cao độ đỉnh đồi cao hơn cao độ tầng 1 (cao độ +0.000) của công trình ~ 4.2m, Tư vấn thiết kế chọn chiều dày tường vách H tv = 0.7m và sẽ được thi công kéo dài lên tới cao độ đỉnh đồi tại vị trí tiếp giáp (cao thêm 4.2m so với cao độ +0.000) để đảm bảo khả năng chịu áp lực của toàn bộ đất đồi tác dụng vào hệ tường chắn khi sử dụng lâu dài. 5.3. Biện pháp thi công phần ngầm: Để thi công được tầng hầm, bắt buộc phải triển khai công tác đào đất bao gồm đào đất phía trên cao độ +0.000 và đào đất 02 tầng hầm. Biện pháp thi công tầng hầm được thiết kế đề xuất như sau: Biện pháp thi công đào đất từ cao độ +0.00 đến đỉnh các phần đất tiếp giáp hai bên hông nhà: sử dụng giải pháp taluy dốc hoặc tường chắn đất (kè đá) Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC THUYẾT MINH THIẾT KẾ KẾT CẤU Biện pháp thi công đào đất khu vực tiếp giáp đồi cao phía sau nhà (khu vực có vách BTCT dày 0.7m): sử dụng giải pháp cọc khoan nhồi đường kính D1000 khoan sâu qua đáy móng dự kiến 2m, khoảng cách giữa 2 tim cọc là 1.20m tạo thành tường chắn ban đầu. Khi đào đất từ trên xuống sẽ tiến hành tuần tự công tác khoan neo + phun vữa tạo neo vĩnh cửu để đảm bảo đổ ổn định mái dốc. Sử dụng thêm hệ văng chống thép hình chống thành đối trọng hai phía để thi công (nếu thấy cần thiết). Sau khi đào đất xuống đáy móng tiến hành thi công móng và tường vách BTCT dày 0.7m để làm tường chắn đất. Biện pháp thi công đào đất khu vực mặt trước và hai bên hông nhà (khu vực có vách BTCT dày 0.4m): tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý các lớp đất bề mặt từ +0.00m đến -8.0m có thể đào đất mà không cần sử dụng biện pháp tường chắn tạm hoặc sử dụng giải pháp tường chắn tạm bằng cọc khoan nhồi tiết diện nhỏ D500 khoan sâu qua đáy móng 2m, khoảng cách giữa 2 tim cọc là 0.70m và sử dụng thêm hệ văng chống thép hình chống thành đối trọng hai phía để thi công (nếu thấy cần thiết). Sau khi đào đất xuống đáy móng tiến hành thi công móng và tường vách BTCT dày 0.4m để làm tường chắn đất. Bộ môn Kết cấu công trình – Công ty CDC